5000系铝合金汽车板成形性能研究

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汽车轻量化是当前研究的热点之一。铝合金材料具有比重小、抗腐蚀性高、易加工和焊接性能良好等优点,故提高汽车零部件的铝化率是实现汽车轻量化的重要途径。本课题针对5182-0铝合金汽车板的成形性能,采用了理论解析、基础实验研究、有限元仿真和伺服压力机拉深成形实验等手段,获得了材料流变曲线、成形极限图和润滑条件,分析了工艺参数对5182-O铝合金板料拉深成形性能的影响规律。本课题主要研究工作及创新性成果如下:(1)对5182-O铝合金板料大塑性变形下的流变性能进行了单向拉伸和双向拉伸实验研究,对比分析发现,不同变形状态下板料的塑性流变曲线最大差异在10%以上。由于双向拉伸粘性介质胀形(VPB)实验中板料的变形更接近冲压加工的情况,因此提出在研究板料冲压成形时应采用VPB或类似实验获取板料的流变曲线。(2)利用杯突实验对多类14种铝合金板冲压润滑剂和不同板料表面形貌进行了润滑性能测试,分析了不同润滑条件对成形性能的影响规律,结果表明:某硼酸盐干膜润滑剂体现了最佳的冲压润滑性能,经电火花加工的铝合金板料表面在冲压过程中具有较好的润滑剂承载能力;利用有限元反求方法准确地计算了不同润滑条件在冲压过程中的摩擦系数。(3)根据5182-0铝合金板料的失效表现形式,提出了以危险截面处的主应变二次导数作为韧性破裂的判定准则,采用实验和仿真结合的方法进行了板料成形极限的研究,对单向拉伸、平面应变和双向拉伸这三个典型状态下板料的变形过程及应变历史进行了仿真计算分析,获取了板料的颈缩成形极限图和破裂成形极限图。相比于传统的成形极限图顶测方法,有效地简化了实验和测量过程,为板料成形极限的研究提供了新的思路。(4)利用伺服压力机对铝合金汽车内门板的拉深成形过程进行了实验研究和有限元仿真分析。提出了变压边力参数化控制策略,研究结果表明:增加型变压边力虽能抑制零件法兰起皱,但可导致零件圆角处过度减薄,且压边力变化起始冲程越早,零件越容易发生破裂;实现了拉深速度曲线的自由化设计,研究结果表明:常温下拉深速度对摩擦状态的影响较大,且高速有利于铝合金板料的拉深成形,计算发现了摩擦系数随拉深速度的降低呈升高的趋势;利用热力耦合有限元模型实现了对拉深成形温度场计算,准确预测了不同冲压速度下零件以及模具表面的温度分布。
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